μ介子現(xiàn)代科技

美國洛斯阿拉莫斯科學(xué)實驗室（Los Alamos National Laboratory）科學(xué)家研制成一種新儀器，可以利用宇宙射線與地球大氣碰撞形成的μ子探測核材料，并應(yīng)用于日本3·11地震中福島核電站的反應(yīng)堆內(nèi)部毀損狀況探測。 該技術(shù)還可用于反恐，它能在短短的一分鐘內(nèi)發(fā)現(xiàn)隱藏在廂式貨運(yùn)汽車中寬度僅為10厘米的方塊鈾材料。

每分鐘射到每平方米地球表面上的μ子大約有1萬個，當(dāng)μ子與原子核相碰撞時，它會偏離自己的原始軌跡，偏離程度取決于原子核的質(zhì)量。例如，10厘米水可以迫使具有中等能量的μ子改變方向只有0.1°，而同樣厚度的鉛卻能迫使μ子偏離原始方向整整1°。

洛斯阿拉莫斯科學(xué)實驗室研究小組在裝有金屬部件的箱子上面放有兩個60厘米矩形μ子檢測器，另一對μ子檢測器被安放在箱子的下面。從天空中射來的μ子先穿過安放在箱子上面的兩個μ子檢測器，由這一對μ子檢測器確定μ子的行進(jìn)方向，然后μ子又會穿過下面一對μ子檢測器，再測出μ子偏離原始方向的程度，最后這些數(shù)據(jù)可用來建立箱子內(nèi)部物體的三維模型。 2100433B

μ子與同屬于輕子的電子和τ子具有相似的性質(zhì)，人們至今未發(fā)現(xiàn)輕子具有任何內(nèi)部結(jié)構(gòu)。歷史上曾經(jīng)將μ子稱為μ介子，但現(xiàn)代粒子物理學(xué)認(rèn)為μ子并不屬于介子。

每一種基本粒子都有與之對應(yīng)的反粒子，μ子的反粒子是反μ子(反渺子,antimuon)。反μ子（μ ）與μ子（μ^-）相比只是帶一個單位的正電荷，質(zhì)量、自旋等性質(zhì)完全相同，因此又叫做正μ子。

與其他帶電的輕子一樣，μ子有一個與之伴隨的中微子——μ中微子（ν_μ）。μ中微子與電中微子ν_e參與的反應(yīng)不同，是兩種不同的粒子。

μ子的質(zhì)量為105.7MeV/c²，大約是電子質(zhì)量的200倍。由于μ子的性質(zhì)與電子相似，因而可以把μ子想象成一個“加重版”的電子。由于質(zhì)量更大，μ子在電磁場中的加速和偏轉(zhuǎn)比電子要慢，發(fā)出的軔致輻射也較電子少，這使得μ子比相同能量的電子能夠穿透更厚的物質(zhì)。例如，宇宙射線中的μ子能夠穿透厚達(dá)數(shù)百千米的大氣層到達(dá)地表，甚至能到達(dá)數(shù)百米深的礦井之中。

μ子的質(zhì)量和能量遠(yuǎn)大于常見放射性衰變的衰變能，因此μ子不能通過放射性衰變產(chǎn)生。μ子可以在加速器上進(jìn)行的高能物理實驗中通過強(qiáng)子參與的核反應(yīng)產(chǎn)生，此外，宇宙射線與地球大氣作用也會產(chǎn)生大量μ子，這也是已知唯一的天然的μ子來源。

μ子是一種不穩(wěn)定的亞原子粒子，平均壽命為2.2微秒。與其他不穩(wěn)定的亞原子粒子相比，μ子的壽命相對較長（僅短于中子的881.5秒）。

在粒子物理學(xué)中，ρ介子是一種壽命短的強(qiáng)子，它的同位旋三重態(tài)是由ρ 、ρ⁰及ρ^?所表示。除了π介子及K介子，ρ介子是最輕的強(qiáng)相互作用粒子，三種態(tài)的質(zhì)量都大概在770MeV左右。ρ 及ρ⁰間應(yīng)該有一個小的質(zhì)量差，是由粒子自身的電磁能所造成的，同時輕夸克質(zhì)量所造成的同位旋破缺也會帶來一點的質(zhì)量差；然而，現(xiàn)時的實驗指出這樣的質(zhì)量差差額上限為0.7 MeV。

ρ介子的壽命很短，其衰變寬度約為145 MeV，還有很奇怪的一點是，ρ介子的共振寬度并不能用布賴特-維格納分布(Breit-Wigner distribution)來描述。ρ介子主衰變模式的產(chǎn)物為一對π介子，其分支比達(dá)99.9%。

在重子的德·魯胡拉-喬吉-格拉肖描述(De Rujula-Georgi-Glashow description)中，ρ介子可被視為夸克與反夸克的束縛態(tài)，同時也是π介子的受激版本。跟π介子不一樣的是，ρ介子的自旋j=1（矢量介子），而且質(zhì)量要大很多。π介子和ρ介子的質(zhì)量差，是來自夸克與反夸克間一股大的超精細(xì)相互作用。但德·魯胡拉-喬吉-格拉肖描述則用意外來解釋這質(zhì)量差，而不是手性對稱破缺，因此這點也成為了反對該描述的主要根據(jù)。

ρ介子可被視為自發(fā)破缺規(guī)范對稱的規(guī)范玻色子，具有突現(xiàn)的局部特點（從QCD而來）。注意破缺的規(guī)范對稱（也叫隱藏局部對稱），與作用于味的總體手性對稱是有區(qū)別的。哈沃德·喬吉在他的一篇論文《手性對稱的矢量極限》中，就有描述這一點，論文中他還把大部分有關(guān)隱藏局部對稱的文獻(xiàn)，歸入非線性σ模型。

Υ介子（?）是一種由底夸克和它的反粒子構(gòu)成的無味的介子。它由費米國立加速器實驗室的E288協(xié)作于1977年發(fā)現(xiàn)，領(lǐng)導(dǎo)者為1988年諾貝爾物理學(xué)獎得主利昂·萊德曼。這也是第一種被發(fā)現(xiàn)的含有底夸克的離子，因為它最輕，生成時不需要其他大質(zhì)量的離子。它的平均壽命為1.21×10^-20s，質(zhì)量約為9.46GeV/c²。

重子（Baryon）是一個現(xiàn)代粒子物理學(xué)名詞，在標(biāo)準(zhǔn)模型理論中，“重子”這一名詞是指由三個夸克（或者三個反夸克組成的“反重子”）組成的復(fù)合粒子。在這理論中它是強(qiáng)子的一類。值得注意的是，因為重子屬于復(fù)合粒子，所以“不是”基本粒子。最常見的重子有組成日常物質(zhì)原子核的質(zhì)子和中子，合稱為核子。其它重子中，有比這兩種粒子更重的粒子，所謂的超子。重子這個稱呼是指其質(zhì)量相對重于輕子和介于兩者之間的介子起的。

重子是強(qiáng)相互作用的費米子，也就是說它們遵守費米-狄拉克統(tǒng)計和泡利不相容原理，它們通過組成它們的夸克參加強(qiáng)相互作用。同時它們也參加弱相互作用和引力。帶電荷的重子也參加電磁力作用。

重子與由一個夸克和一個反夸克組成的介子一起被合稱為強(qiáng)子。強(qiáng)子是所有強(qiáng)相互作用的粒子的總稱。

質(zhì)子是唯一獨立穩(wěn)定的重子。中子假如不與其它中子或者質(zhì)子一起組成原子核的話就不會穩(wěn)定，并產(chǎn)生衰變。